SAR基础知识[优质PPT]
第三章 SAR 基本原理_2007-3-21
第三章SAR 基本原理SAR基本原理纲要•第一讲：SAR图像几何特征•第二讲：SAR图像辐射特征•第三讲：SAR系统与SAR产品RADAR：radio detecting and ranging基础知识及定义参考书目：1.肖国超、朱彩英. 雷达摄影测量. 地震出版社，2001。
2.John C. Curlander, Robert N. McDonough. Synthetic Aperture Radar Systems and signal Processing. John Wiley & Sons,1991.韩传钊译，电子工业出版社，2006。
3.袁孝康. 星载合成孔径雷达导论。
国防工业出版社。
2003。
几何特征参数•入射角、视角、俯角•斜距（近距、远距）、地距、方位•透射收缩、顶底位移、阴影SAR Flight GeometryRANGE ——Line of sight between the radar and the illuminated target RANGE DIRECTION——Perpendicular to flight direction (or azimuth) ofthe sensor——Also referred to as the cross-track directionRANGE RESOLUTION——An image characteristic determined by the system bandwidth or effective length of the pulseAZIMUTH–Commonly used to indicate the linear distance in the along track directionAZIMUTH DIRECTION–Direction parallel to the line of flight also referred to as the along-track directionAZIMUTH RESOLUTION–Resolution characteristic of the azimuthdimension–Limited by the Doppler bandwidth of the systemRange resolutionAzimuth resolutionIncident angleIncident angle: defined asthe angle between the radar-of sight and the localvertical with respect to thegeoid.随着距离的增加，在地形坡度为常数时，入射角也会相应增加局部入射角Image brightness as an effect of topographyMost satellite processors assume sea-level, ellipsoid earth models for geometric and radiometric calculations, Thus, almost all images over land have inaccuracies due to terrain effects .Horizontal displacement for a radar sensor is highest near nadir, and decreases with incident angle , horizontal displacement can be severe at small incident angles.光学传感器Squint Anglea.b.look directionX - band, HH polarization look direction s X - band, HH polarizationGround Range / slant range远距小俯角情况下?G SS透视收缩（Foreshortening)雷达图像中的透视收缩使图像中面向雷达倾斜的地物特征出现压缩的现象。
Sar的基础知识
1.什么是SARSAR是英文Specific Absorption Rate的缩写，是计量多少无线电频率辐射能量被身体所实际吸收的表示单位，称作特殊吸收比率或称SAR，以瓦特/每千克 (W/kg)或毫瓦/每克 (mW/g)来表示。
SAR是无线电频率辐射能量吸收率的计量尺度。
SAR的准确定义是：给定物质密度（ρ）下的一体积单元（dV）中单位物质（dm）吸收（耗损）的单位电磁能量（dW）相对于时间的导数，以下式表示：其中：Ei为细胞组织中的电场强度有效值，以V/m表示；σ为人体组织的电导率，以S/m表示；ρ为人体组织密度，以kg/m3表示；Ci为人体组织的热容量，以J/kg表示，为组织细胞的起始温度时间导数，以K /s表示2.SAR是如何产生的？当前国际上所谈到的SAR，都是针对蜂窝式移动电话（俗称手机）所产生的辐射。
因为携带方便，手机发展的相当快和相当普及。
手机是双向无线电设备。
当你使用手机通话时，它便拾取你的语音并转化为无线电频率或无线电波。
无线电波通过空中传递到附近的某个基站的接收器上。
然后，基站再通过电话网络将你的电话呼叫发送至你要呼叫的人。
通信的方式如下图：手机通话时是依靠发射一定功率的无线电波(RF)，它不同于伽马射线、X射线和光谱等类型的电磁能量，是以电磁辐射形式组成的电磁能量，由空间中的电与磁的能量相互运动共同组成，在该范围的波称其为电磁场。
无线电辐射 (RF)能量的用途广泛，电信、无线电收音机、电视广播、无线电话、寻呼机、非接触卡电话、警察和消防部门的无线电工具)、点对点联络和卫星通讯均依赖于无线电频率辐射(RF)能量。
另外的用途还包括微波炉、雷达、工业加热器、熨斗、医疗设施等。
微波频率段的无线电(RF)能量能够热水，能够快速烹调含水量大的食品；雷达依赖于无线电 (RF)跟踪汽车和飞机，并用于军事用途；工业炉和熨斗使用无线电 (RF)能量加工成形可塑材料、胶木制品、密封皮革如鞋和皮夹、加工食品；无线电 (RF)能量的医疗用途包括起搏器的监控和操作。
sar的介绍和测
SAR原理
SAR是通过测量人体组织在电磁场中的功率吸收 01 而得出的。
电磁场中的电场和磁场分量都会在人体中产生电 02 流，从而引起能量吸收。
SAR的计算需要考虑电磁波的频率、电场强度、 03 磁场强度、人体组织的电导率和介电常数等因素。
SAR的单位
平板电脑SAR测量实例
01
测量目的
评估平板电脑电磁辐射对人体健 康的影响，确保平板电脑在安全 范围内使用。
测量方法
02
03
测量结果
使用SAR测试设备对平板电脑进 行测量，获取SAR值。
根据测量结果，判断平板电脑是 否符合安全标准，并给出使用建 议。
THANKS
感谢观看
手机SAR测量软件
随着智能手机的普及，一些手机应用程序也应运而生，可以用来测量SAR值。这 些手机应用程序通常基于智能手机内置的传感器和功能，通过算法和计算模型来 估算SAR值。
手机SAR测量软件具有方便、快捷、易于使用的特点，但需要注意的是，由于受 到手机硬件和算法等因素的影响，测量结果的准确性和可靠性可能不如专用设备 。
04
SAR安全标准与法规
国际SAR安全标准
01 国际电信联盟（ITU）
ITU制定了关于SAR值的国际标准，要求SAR值不 超过2.0 W/kg（10g平均质量）。
02 美国联邦通信委员会（FCC）
FCC规定所有在美国销售的手机必须符合SAR限 制，要求最大SAR值为1.6 W/kg（1g平均质量）。
SAR的介绍和测量
目录
• SAR定义与原理 • SAR测量方法 • SAR测量设备 • SAR安全标准与法规 • SAR测量实例
合成孔径雷达原理(SAR) 共37页PPT资料
归一化以后有： sr(t)ejtej4R0 ej2(x aR 0xp)2
这里， c f0
取实部后有： sr(t)cost4R02(xaR 0xp)2
这个信号的相位部分由三项组成： 12 3 1 ：原始发射信号的一次相位（线性相位）； 2 ：是随R0而变的相位项，但与时间无关。对同一
相位为 i t-Kat2
d dt
i
2Kat
0
2Kat (t)
驻定相位点的时刻tk为：
tk
2 Ka
tk
S()= a(t)ej(tKat2)dt
tk
表示驻定相位点tk附近的时刻。
把相位项 t- Ka t2在驻定相位点tk展成幂级数， 用 ( t ) 表示回波信号的相位 K a t 2 ，有
t
回波信号相位 （二次相位）
点目标p引起的Doppler有一个范围，以 t t 0为中
心向正负两方向变化。当 t t 0 时，天线位置正好
处在p点与航线的垂直斜距点 f d 0 ；在 t t 0
时刻以前，t t0 0 f d 0，其最大值发生在：
t
t0
Lvsa/2t0
合成孔径雷达原理
§1 合成孔径雷达原理 机载合成孔径雷达的几何关系如图所示：
x
θα
R0
θr Ls
W
θr h
W
x θα
Lmin R p R0 Lmax
飞机以速度va沿x方向匀速直线飞行，飞行高度为 h，机载雷达的天线以规定的俯角向航线正侧方 向地面发射无线电波。垂直波束角为θr，航向波 束角为θα，测绘带宽为W，最大合成孔径长度为： Lmax，最小合成孔径长度为： Lmin。被测目标为 一理想点目标p，p点与航线x的垂直斜距为R0。 取航线x和R0所构成的平面为坐标平面。
SAR基础知识
德国
意大利
加拿大
主要星载SAR系统
系统 发 射 时 波段 间 2014 2014 L c 极化 图 幅 宽 度 分辨率 （KM） 25/35/60/7 1/3/6/10 0/350 /100 20/80/100/ 5/20/40 250/400 重 复 周 轨道 期 精度 (cm) 14 >100 12 接受模式 国家
星载SAR获取模式
• 扫描模式——ScanSAR
– 扫描模式是共享多个独立sub-swaths的操作时间，最后获取一个完 整的图像覆盖区域。
星载SAR获取模式
• 聚束模式——Spotlight
– 当执行聚束模式采集数据时，传感 器控制天线不停向成像区域发射微 波束。
• 与条带模式主要区别为：
– 在使用相同物理天线时，聚束模式 提供更好的方位分辨率； – 在可能成像的以一个区域内，聚束 模式在单通道上的提供更多的视角； – 聚束模式可以更有效的获取多个小 区域。
• 雷达遥感使用的微波部分的电磁频谱，频率从0.3GHz至 300 GHz，波长从1米到1毫米。 • 微波中常用的波段有：
– – – – – – P-band = ~ 65 cm AIRSAR L-band = ~ 23 cm JERS-1 SAR, ALOS PALSAR S-band = ~ 10 cm Almaz-1 C-band = ~ 5 cm ERS-1/2 SAR, RADARSAT-1/2, ENVISAT ASAR, RISAT-1 X-band = ~ 3 cm TerraSAR-X-1 , COSMO-SkyMed K-band = ~ 1.2 cm 军事领域
– 斜距(Slant raБайду номын сангаасge)：雷达到目 标的距离方向，雷达探测斜 距方向的回波信号 – 地距(Ground range)：将斜距 投影到地球表面，是地面物 体间的真实距离
SAR病毒 讲课用的ppt
11
Company name
LAMP
LAMP (Loop-mediated isothermal amplification) 环介导等温扩增反应
2000年日本学者Notomi在Nucleic Acids Res杂志上公开了一种新的基因 诊断技术。 优点： 灵敏度高、反应时间短、临床 使用不需要特殊的仪器、操作 简单
8
Company name
结构特征—S2蛋白
S蛋白比较保守，变异率低， 其中S2比S1更保守。 鉴于S2蛋白的保守及其结构 特点，S2区现已成为研制保护 性疫苗的重要靶位。
9
Company name
SARS
1
概述 生物学性状 微生物检查
2 3
10
Company name
微生物学检查
病毒培养必须在BSL-3级实验室
分离与鉴定：咽拭子、痰液和呼吸道分泌物为标本，用
Vero-E6细胞分离培养病毒，当CPE出现后可用电镜观察病 毒形态 血清学：免疫荧光、ELISA、胶体金免疫分析 快速检测：RT-PCR等
最新基因诊断技术：LAMP
POON LL,LEUNG C S,TASHIRO M,et al.Rapid detection of the severe acute respiratory syndrome(SARS) coronavirus by a Loop-mediated isothermal amplification assay [J].Clin Chem,2004,50(6):1050-1052.
缺点： 引物设计要求比较高，有些疾 病的基因可能不适合LAMP方法
12
Company name
结构特征—S蛋白
sar的介绍和测试
仿真测试环境
利用计算机仿真技术模拟 SAR系统的运行，以便进 行快速、低成本的测试。
测试方法
功能测试
验证SAR系统的主要功能是否 正常工作，如成像、目标检测
与跟踪等。
性能测试
评估SAR系统的性能指标，如 分辨率、灵敏度、抗干扰能力 等。
兼容性测试
检查SAR系统与其他设备或系 统的兼容性，以确保协同工作 。
SAR不受光照和时间限制，可在任何 天气和时间条件下工作，具有全天候、 全天时的特点。
SAR的工作原理
SAR通过在飞行过程中不断向地面发送电磁波信号，并接收反射回来的信号，利用信号的相位和幅度 信息，经过处理后形成高分辨率的图像。
SAR的分辨率取决于其发射信号的波长和天线的大小，具有较高的横向分辨率和较低的纵向分辨率。
极化SAR技术
总结词
极化SAR技术能够提供更多地面目标信息， 有助于提高遥感监测和识别精度。
详细描述
极化SAR技术通过采用不同极化方式获取地 面目标的多种极化信息，能够更好地分辨出 不同目标，如建筑物、车辆和树木等。此外， 极化SAR技术还可以提供地表结构、土壤湿 度等信息，为地质勘查、农业监测等领域提 供更全面的遥感监测数据。
辨率。
补偿算法
03
采用合适的算法实现运动补偿，如卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤
波等。
03 SAR系统的组成
发射机
1
发射机是SAR系统中的重要组成部分，负责产生 和发射电磁波信号。
2
它通常包括信号源、调制器、功率放大器等部分， 能够产生高功率的射频信号，并通过天线辐射到 空间中。
3
发射机的性能指标包括发射频率、发射功率、波 形质量等，这些指标直接影响着SAR图像的质量 和分辨率。
合成孔径雷达SAR课件
利用SAR系统的高分辨率特性 ，对敌方活动进行侦查，提供
详细情报。
目标识别与跟踪
通过SAR图像的纹理、形状等特征 提取，实现对敌方目标的识别与方导弹发射的早 期预警，引导己方导弹进行拦截。
SAR在环境监测领域的应用
大气环境监测
通过对SAR图像的分析，监测大 气污染源、污染物扩散等情况。
合成孔径雷达sar课件
目录
• SAR系统概述 • SAR成像算法 • SAR图像处理 • SAR系统性能评估 • SAR系统应用与发展趋势
01
SAR系统概述
SAR定义及特点
定义
SAR，全称合成孔径雷达，是一种雷达成像技术，利用飞行 器平台携带的雷达在空间中扫描，通过合成孔径技术对地面 目标进行成像。
反射信号
地面目标反射信号回到雷 达接收机。
数据处理
雷达接收机将反射信号进 行处理，生成图像。
02
SAR成像算法
距离-多普勒算法
线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）信号：用于产生具有大带宽的 信号，通过改变频率增量来实现目标距离和速度的测量。
成像处理步骤：收发雷达信号、信号接收、信号处理、图像生成等。
分辨率和速度分辨率
算法对目标和速度具有较高的分辨率和速度分辨率。
成像处理中的其他关键技术
成像处理中的数字波束形成（DBF）技术
通过对多个接收天线接收到的信号进行加权和相位调整，实现波束指向控制和目标信号增强。
成像处理中的动目标检测与跟踪技术
通过对回波信号进行频谱分析和目标跟踪，实现动目标的检测和跟踪。
成像处理中的杂波抑制技术
通过采用滤波器、空域滤波等技术，抑制杂波干扰，提高图像质量。
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SAR图像几何分辨率
• 距离分辨率Range
– 侧视方向上的分辨率称为距 离分辨率
– 包括斜距分辨率和地距分辨 率
• 方位分辨率Azimuth
– 沿航线方向上的分辨率，也 称沿迹分辨率
SAR图像几何特征
• 雷达图像的构像几何学属于斜距 投影类型
– 斜距投影是以天线为中心，以斜距 为半径的同心圆在像面空间上的投 影
•
SAR参数——波长
• 雷达遥感使用的微波部分的电磁频谱，频 率从0.3GHz至300 GHz，波长从1米到1毫米。
• 微波中常用的波段有：
– P-band = ~ 65 cm AIRSAR – L-band = ~ 23 cm JERS-1 SAR, ALOS PALSAR – S-band = ~ 10 cm Almaz-1 – C-band = ~ 5 cm ERS-1/2 SAR, RADARSAT-1/2,
– 这些诱导因子包括透视收缩、叠掩、阴影
SAR图像几何特征：透 视收缩
• 透视收缩
– 山上面向雷达的一面在图像上被压缩，这一部 分往往表现为较高的亮度
SAR图像几何特征
• 需要提供高分辨率的DEM数据，透视收缩 可通过几何校正和辐射定标进行校正
用DEM校正
不用DEM校正
SAR图像几何特征：叠 掩
• 入射角与雷达后向散射的关系 • 不同的应用选择相应装置的依据
SAR的观测几何
• 距离向(Range)：像 平面内垂直于飞行 方向
– 斜距(Slant range)： 雷达到目标的距离 方向，雷达探测斜 距方向的回波信号
– 地距(Ground range)： 将斜距投影到地球 表面，是地面物体 间的真实距离
SAR散射机制
•组合散射
– 一般发生在低频SAR系统（如L、P波段） – 包括表面、体散射、双回波等
森林的组合散射 （上-林冠层，中-树干层，下-地面层）
SAR散射机制
• 穿透散射
–根据极化方式和波长情况，微波可以透入植被、 裸土（干雪或沙地） –一般情况，波长越长，穿透能力越强。 –交叉极化(VH/HV)相比同极化（HH/VV）的渗透能 力弱。
• 叠掩
– 当面向雷达的山坡很陡时，出现山顶比山底更 接近雷达，因此在图像的距离方向，山顶与山 底的相对位置出现颠倒
SAR图像几何特征：叠 掩
• 叠掩
SAR图像几何特征：阴 影
• 阴影
– 地面上雷达信号照射不到的部分
SAR图像几何特征
• 在地形起伏的区域
– 一般迎面坡是前向收缩 – 坡度较大时，顶底叠置 顶–底背叠置面坡坡度较大时出现阴影阴影
ENVISAT ASAR, RISAT-1 – X-band = ~ 3 cm TerraSAR-X-1 , COSMO-SkyMed – K-band = ~ 1.2 cm 军事领域
SAR参数——波长
• 雷达频率的应用：
– 冰雪识别，小型特征，使用X-band
– 地质制图，大型特征，使用L-band
SAR散射机制
SAR穿透地表，可以清晰的看到沙漠下的地下河道
SAR图像的理解
• 图像亮度代表后向散 射强度
• 像元内表面越粗糙， 后向散射越强。
SAR散射机制
• 雷达图像表示的是地面雷达后向散射的估 算值
• 主要可分为5种散射：
– 表面和体散射 – 双回波(Double Bounce) – 组合散射 – 穿透散射 – 介电属性散射。
SAR散射机制
•表面和体散射
– 粗糙的表面能得到更高的后向散射，平整表面 在雷达图像上经常表现暗区域。
•双回波
– 微波与表面的相互作用复杂，不同的角度区域 会产生不同的回波。
– 小入射角通常返回较强的信号，随入射角增加， 返回信号逐渐减弱
• 根据雷达距离地表高度的情况，入射角会随 着近距离到远距离的改变而改变，从而影响 成像几何。
SAR参数——入射角
• 反射率随着入射角的增大而减小
• 不同地物随入射角变化的反射率 变化情况
– 叶面渗透，最好使用低频率，如P-band
– 一般情况，C-band是折中波段
波段名称 的字母是 早起军事 应用遗留 下来的
SAR参数——极化
• 极化：电磁波振动的矢量方向，即电场的 方向
SAR参数——极化
• 特点
– 当雷达作用于地球表面时， 其极化方式可能改变，产生 随机极化反射信号，其中包 含水平和垂直两种分量
1、SAR基础
Radar概念
• Radar（Radio Detection And Ranging），一个Radar 系统主要包括三个功 能：
– 发射微波信号到场景
– 接收从场景中传回的 RA部R—分—真后实向孔径散雷达射能量
–成观像分测辨返率 回雷达的天强线长度度（检 测）和延时（测距） 信号
– 极化方式是否改变取决于目 标的物理和电特性
– 雷达可以接收反射信号的水 平和垂直极化分量
– 四种模式：HH、VV、HV、 VH
SAR参数——极化
• 美国航天飞机SAR 获取的XVV、CHV、 LHV的图像
• 不同波长、 不同极 化的散射机理差异Leabharlann SAR参数——入射角(视 角)
• 入射角是雷达波束与垂直表面直线之间的夹 角（θ）。
SAR——合成孔径雷达
• SAR（Synthetic Aperture Radar）：合成孔径 雷达
– 用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿 一直线不断移动，在不同位置上接收同一地物 的回波信号并进行相关解调压缩处理的侧视雷 达。可以获取高分辨率的地球表面图像，是目 前广泛使用的雷达系统。
几个波的概念
– 方位向的比例尺是个常量 – 距离向的比例尺由地面目标的位置
由该目标到雷达天线的距离决定
SR=GR*sinθ
斜距影像
地距影像
SAR图像几何特征
• 在雷达成像中，地物目标的位置在方位向 是按飞行平台的时序记录成像的
• 在距离向上是按照地物目标反射信息的先 后记录成像的
– 在高程上即使微小变化都可造成相当大范围的 扭曲
SAR基础知识
• 技术支持邮箱：ENVIIDL@
• • 技术支持热线：400-819-2881-5 • • 官方技术博客：
/enviidl
主要内容
• 1、SAR基础 • 2、InSAR基础 • 3、InSAR技术与地表形变